用于制备管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体的管式模具的制作方法

本实用新型涉及一种管式模具，尤其涉及可用于制备管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体的管式模具。

背景技术：

固体氧化物燃料电池(SOFC)是基于陶瓷材料的全固态能量转换装置，通过高温电化学反应将燃料中的化学能直接转化为电能，其洁净、高效的供能方式是解决我国城市能源与环境问题的迫切需求。基于SOFC技术的分布式能源系统可以实现高效清洁的供热供电，它将取代传统的城市供能方式，引领着能源的供给、生产和消费方式革命。SOFC具有高效率、低污染、低噪声、模块化、体积小、可靠性高及燃料适应性广等突出优点，广泛应用于大型分布式电站、家庭热电联供系统以及军用便携式电源等方面，同时也是实现煤炭、石油、天然气等化石能源高效清洁利用的重要技术之一。

固体氧化物燃料电池具有全固态组件特性，其研究方向主要集中在两种结构类型：管式和平板式。平板式固体氧化物燃料电池具有较高的体积功率密度，通常用来作为大型分布式电站。管式固体氧化物燃料电池由于其具有启动时间快以及良好的抗热震性能等优点，是作为便携式电源开发的理想结构。

CN106207221A、CN101162779A分别公开了硫酸钙(石膏)模具，该模具为中空结构，可用于注浆成型制备管式固体氧化物燃料电池支撑体，但是在注浆成型过程中浆料的均匀性和悬浮性对注浆产品的质量影响很大，批量制备一致性较差。而且制得的管式固体氧化物燃料电池支撑体收电困难。

技术实现要素：

为此，本实用新型的目的在于提供一种可通过等静压方法制备管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体、且使制得的支撑体易于收电的模具。

在此，本实用新型提供一种用于制备管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体的管式模具，其包括：

一端开口另一端封闭的柔性套管；

以与所述柔性套管同轴的形式设置于所述柔性套管内部并与所述柔性套管之间形成注料空腔的刚性芯棒；以及

设置于所述柔性套管的开口端并将所述刚性芯棒固定的注料构件，所述注料构件上具有用于向所述注料空腔内注料的注料孔。

本实用新型的管式模具可用于通过等静压方法制备管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体。其中，注料孔可用于向注料空腔内注入粉料。柔性套管在等静压后可与坯体外表面自动分离，使得脱模方便快捷。模具中的刚性芯棒使管式坯体内表面具有良好的圆度和直线度，与阳极收电层贴合更好且制备更方便。

较佳地，所述柔性套管的封闭端为半球面封头，所述刚性芯棒的靠近所述柔性套管的封闭端的梢端为半球状。这样，可以制备一端为半球面封闭的管式支撑体。

较佳地，所述柔性套管由软橡胶或硅橡胶材料制成。软橡胶或硅橡胶材料具有良好的弹性记忆性能，更利于等静压后与坯体外表面自动分离，使得脱模更加方便快捷。

较佳地，所述柔性套管的厚度为5～10mm。具有该一定厚度的柔性套管可以保持良好的脱模性，同时保证坯体的直线度和圆度。

较佳地，所述刚性芯棒由氧化锆材料制成。这样，可以使得成型过程不引起污染。

较佳地，所述刚性芯棒是经过抛光的刚性芯棒。这样既能保持良好的脱模性同时保证阳极支撑体内壁保持笔直。

较佳地，所述注料构件形成为环状，所述注料孔为多个，且在环状的所述注料构件上均匀分布。这样，可以保证注料腔内粉料的松装密度保持均匀，经等静压后外表面同样具有较好的圆度，为后续制备致密的电解质薄层提供良好的基础。

较佳地，所述注料孔的个数为3～5个。这样，可以使注料腔内粉料的松装密度保持均匀。

根据本实用新型，可以提供可通过等静压方法制备管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体、且使制得的支撑体易于收电的模具。

附图说明

图1为本实用新型制备管式燃料电池阳极支撑体成型模具的结构剖视图，其中：

1柔性套管(外模套)、2芯棒、3注料空腔、4注料环、5注料孔；

图2为利用本实用新型的管式模具制备的阳极支撑体坯体的结构示意图；

图3为具备上述阳极支撑体的管式燃料电池的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本实用新型，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本实用新型，而非限制本实用新型。

本实用新型的管式模具可用于制备管式固体氧化物管式燃料电池阳极支撑体。具体而言，可用于通过注入粉料进行等静压制备阳极支撑体坯体。

图1示出本实用新型制备管式燃料电池阳极支撑体成型模具的结构剖视图。如图1 所示，该模具包括一端开口另一端封闭的柔性套管1。刚性芯棒2设置于柔性套管1内部并与柔性套管1之间形成注料空腔3。刚性芯棒2与柔性套管1同轴设置，且其梢端距离柔性套管1的封闭端一定距离。刚性芯棒2的基端靠近柔性套管1的开口端。注料构件设置于柔性套管1的开口端并将刚性芯棒2的基端固定，该注料构件可以形成为环状，即为图1所示的注料环4。即，模具由柔性套管1和刚性芯棒2通过注料环4进行装配而成。注料环4上具有用于向所述注料空腔内注料的注料孔5。

如图1所示，柔性套管1可呈圆筒状，且其封闭端可为半球面。刚性芯棒2可为圆柱状，且其梢端亦可为半球状。这样，可使注料空腔3形成截面为U字形的形状，进而可使得成型出的坯体为一端半球面封闭且另一端开口的圆柱管状。注料空腔3的大小可通过调节柔性套管1和刚性芯棒2的尺寸来改变，进而可以调节成型出的坯体的大小。

柔性套管1可为弹性材料，例如为软橡胶或硅橡胶材料，因其具有良好的弹性记忆性能，等静压后与坯体外表面自动分离，使得脱模方便快捷。柔性套管1的厚度可为5～ 10mm。

刚性芯棒2可采用陶瓷材料，优选为氧化锆材料，这样可使得成型过程不引起污染。另外，刚性芯棒2优选做抛光处理，既能保持良好的脱模性同时保证阳极支撑体内壁保持笔直。

注料环4可为金属材质。注料环4可拆卸地设置于柔性套管1的开口端。刚性芯棒2 的基端可固定于注料环4上，两者之间也可以是可拆卸。例如，可将注料环4与刚性芯棒2 的基端以及柔性套管1的开口端相互卡合。注料环4上设置有与注料空腔3相通的注料孔 5，以此向注料空腔3注入待成型料，例如粉料。注料孔5优选为均匀分布多个，例如3～5 个，更具体例如4个，这样可以保证注料腔内粉料的松装密度保持均匀，经等静压后外表面同样具有较好的圆度，为后续制备致密的电解质薄层提供良好的基础。注料孔5的孔径可为 2～5mm。

以下，说明使用本实用性性的模具制备管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体的方法。

首先，制备阳极支撑体粉料。其可通过将均匀分散有阳极粉体的浆料进行喷雾造粒而制备。在一个示例中，所述浆料通过如下方法配制：将燃料电池阳极的混合粉料(阳极粉体)、造孔材料(造孔剂)、粘结剂、分散剂按照比例均匀混合(例如用研钵均匀混合)，得到阳极混合粉体材料，并用纯水配制成水溶液。阳极混合粉体的配比如下：

阳极粉体 100质量份

造孔剂 0～20质量份(优选不为0)

粘接剂 1～10质量份

分散剂 1～5质量份。

然后，利用高温喷雾造粒机对阳极粉体浆料进行喷雾造粒，得到改性后的阳极混合粉料。高温喷雾造粒机的工作温度区间可为0～250℃，优选为100～250℃，更优选为 120～180℃，例如150℃。在上述工作温度区间内可以让溶剂迅速蒸发同时雾状浆料快速成型。喷雾造粒机的浆料喷速可为0～100ml/min(优选不为0)，优选为20～30ml/min。通过喷雾造粒，可以得到粒径分布集中且流动性良好的混合粉料。混合粉料的粒径可为1～ 100μm。

将改性后的阳极混合粉料经注料孔5注入管式模具的注料空腔3中，振动注满后经等静压机加压后脱模成型。

所述的模具用阳极混料填充并振动填实后，将模具用塑料袋排气后包裹多层以防止液压介质渗入。

等静压机的工作介质可为液压油。等静压机的工作压力可为160～200MPa，例如 200MPa，该压力能使粉体颗粒完全破碎，且成型后坯体具有良好的强度。等静压机的工作温度可为10～35℃。可以通过斜坡方式加载至工作压力，例如10～15MPa/min。可在工作压力下保压30～60分钟，例如30分钟。撤去压力后脱模即得管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体坯体。图2为利用本实用新型的管式模具制备的阳极支撑体坯体6的结构示意图，可以看出该支撑体坯体6外观呈圆柱形，一端为半球面封闭，另一端开口。

将所得坯体用氧化铝管支撑后一并水平放入马弗炉(例如1200℃高温马弗炉)，在 800～1000℃下预烧1～3小时，得到成型管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体。

所得的管式固体氧化物燃料电池阳极支撑体为一端封闭而另一端开口的管式结构，阳极支撑管的厚度一般为200～2000μm。该厚度可调，通过改变柔性套管和刚性芯棒之间的空间来控制充入粉料的总量，即定做不同尺寸的柔性外模套与刚性芯棒配合来调节阳极支撑管的厚度。

在管式固体氧化物阳极支撑体的基础上，制备电解质层和阴极层，即可制备出阳极支撑管式固体氧化物燃料电池。图3示出具备上述阳极支撑体的管式燃料电池的结构示意图，该管式固体氧化物燃料电池由内向外依次为阳极支撑层7、电解质层8和阴极层9。燃料气可从阳极支撑层7的开口端通入。根据本实用新型的模具制备的阳极支撑体外表面具有较好的圆度，有利于在其上制备致密的电解质薄层。

利用本实用新型的模具，可使制得的阳极支撑体电流收集简单方便、功率损耗小，收电材料与笔直的阳极反应区域具有良好的物理贴合面，大幅度提高电子的收集效率；具有良好的电化学性能；成本低廉，最大程度的提高阳极支撑粉料的利用率，降低了原材料的成本；生产工艺简单、操作性强，具有很好的工艺稳定性。